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ZYNQ SOC开发指南:南京米联Miz7系列修炼手册
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更新于2024-07-15
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"南京米联的Miz7系列ZYNQ SOC修炼秘籍,是一本针对ZYNQ系统级芯片(SOC)开发的详细教程。该秘籍由南京米联电子互联网教育事业部编著,汤金元负责编写和排版。教程内容涵盖了ZYNQ SOC的基础知识、Linux系统定制、裸机程序开发以及操作系统部分章节。随着版本的更新,秘籍不断进行修订和优化,修复错误,增加新的教程内容,如自定义IP的生成、状态机的仿真例子、AXI-Stream协议和VDMA IP的使用等。"
这篇文档详细介绍了ZYNQ SOC的开发过程,是学习和进阶ZYNQ SOC技术的重要参考资料。ZYNQ SOC是赛灵思(Xilinx)推出的一种高度集成的处理器系统,结合了ARM Cortex-A9双核或四核处理器与可编程逻辑(PL),使得用户能够进行硬件加速和定制化设计。
秘籍中提到了以下几个关键知识点:
1. **ZYNQ SOC架构**:ZYNQ SOC结合了处理系统(PS)和可编程逻辑(PL),PS主要包含ARM处理器,PL则用于实现用户自定义的硬件逻辑。
2. **Linux系统定制**:教程涵盖了如何定制Linux内核和根文件系统,这对于在ZYNQ上运行嵌入式Linux系统至关重要。
3. **裸机程序开发**:对于不依赖操作系统的底层程序开发,秘籍提供了23至24章的内容,帮助读者理解如何直接与硬件交互。
4. **自定义IP生成**:在Rev1.5版本中修复了自定义IP生成的bug,说明教程包含了IP核设计和验证的知识。
5. **AXI-Stream协议**:这是赛灵思FPGA中的一个高速数据传输协议,用于连接处理系统和可编程逻辑,Rev1.9版本中对其有详细讲解。
6. **VDMA IP使用**:视频直接内存访问(Video Direct Memory Access)用于高效传输视频数据,Rev1.9和Rev2.0版本中进行了深入探讨。
7. **标准视频类IP的使用**:包括Videoin IP、VDMA IP、VTC IP、VideoOut IP,这些是Xilinx提供的现成IP核,用于视频处理和显示,Rev2.0版本增加了这部分内容。
8. **图像传感器接口**:如OV7725和OV5640,这些IP的封装和实现图片显示,展示了如何将图像传感器数据接入ZYNQ SOC。
通过这份秘籍,读者可以系统地学习到ZYNQ SOC的开发流程,从基础到高级,从理论到实践,逐步提升在ZYNQ平台上的设计和应用能力。对于希望在嵌入式系统、硬件加速或FPGA开发领域有所建树的工程师来说,这是一份非常宝贵的参考资料。
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5.3.1 OV_Sensor_ML 自定义 IP 模块...................................................................................... 643
5.3.2 vid in IP 模块.......................................................................................................................651
5.3.2 VID_IN IP 接口信号的定义.............................................................................................. 652
5.4 VTC IP 的分析...............................................................................................................................658
5.4.1 VTC IP 的参数介绍............................................................................................................658
5.4.2 VTC IP 接口信号的定义....................................................................................................661
5.4.3 VTC IP 配置寄存器............................................................................................................665
5.4.5 设置 VTC IP........................................................................................................................672
5.6 PLL 时钟设置................................................................................................................................ 673
5.7 VID_OUT IP 的分析......................................................................................................................674
5.7.1 VID_OUT 的参数介绍......................................................................................................674
5.7.2 VID_OUT IP 接口信号的定义.......................................................................................... 676
5.8 FPGA 实现的用户逻辑代码........................................................................................................ 679
5.8.1 关键信号 1.......................................................................................................................... 679
5.8.2 关键信号 2.......................................................................................................................... 679
5.8.3 关键信号 3.......................................................................................................................... 680
5.8.4 部分关键代码.................................................................................................................... 680
5.9 PS 部分........................................................................................................................................... 682
5.9.1 DMA 中断函数部分分析...................................................................................................682
5.9.2 main.c 文件..........................................................................................................................687
5.10 实验效果.......................................................................................................................................689
S03_CH06_AXI_VDMA_OV7725 摄像头采集系统................................................................................ 690
6.1 为什么要用 VDMA...................................................................................................................... 690
6.1.1 什么是帧缓存.................................................................................................................... 690
6.1.2 双缓冲机制........................................................................................................................ 690
6.1.3 Zynq 硬件架构....................................................................................................................692
6.1.4 VDMA 的作用.................................................................................................................... 692
6.2 VDMA 概述................................................................................................................................... 693
6.3 VDMA 详细介绍........................................................................................................................... 694
6.3.1 接口.................................................................................................................................... 694
6.3.2 VDMA 帧存格式................................................................................................................ 695
22.3.3 读写通道工作时序.......................................................................................................... 695
6.3.4 寄存器................................................................................................................................ 696
6.3.5 帧同步选项......................................................................................................................... 702
6.3.6 Genlock 同步机制...............................................................................................................702
6.4 使用 VDMA.................................................................................................................................. 704
6.4.1 IP 核配置.............................................................................................................................704
6.4.2 软件控制流程.................................................................................................................... 705
6.5 搭建 VDMA 图像系统................................................................................................................. 706
6.5.1 构架方案图......................................................................................................................... 706
6.5.2 构 BLOCK 模块化设计方案图..........................................................................................707
6.6 PS 部分........................................................................................................................................... 707
6.6.1 main 函数............................................................................................................................ 707
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6.6.2 vdma_api.c 函数..................................................................................................................709
表 6-6-2-3 ..................................................................................................................................................711
表 6-6-2-4 ..................................................................................................................................................713
StartTransfer 启动 VDMA 读写通道........................................................................................................ 715
表 6-6-2-5 StartTransfer ..................................................................................................................... 715
6.7 测试结果........................................................................................................................................716
S03_CH07_AXI_VDMA_OV5640 摄像头采集系统................................................................................ 717
7.1 概述.................................................................................................................................................717
7.2 搭建 VDMA 图像系统................................................................................................................. 717
7.2.1 构架方案图......................................................................................................................... 717
7.2.2 构 BLOCK 模块化设计方案图..........................................................................................718
7.3 PS 部分........................................................................................................................................... 718
7.4 测试结果........................................................................................................................................720
S03_CH08_DMA_LWIP 以太网传输.........................................................................................................721
8.1 概述.................................................................................................................................................721
8.2 搭建硬件系统................................................................................................................................ 721
8.2.1 系统构架............................................................................................................................. 721
8.2.1 启用 HP 接口..................................................................................................................... 721
8.2.2 启用 PL 到 PS 的中断资源................................................................................................ 722
8.2.3 启动 PS 部分的以太网接口...............................................................................................722
8.2.4 时钟的设置........................................................................................................................ 722
8.2.5 DMA IP 配置......................................................................................................................723
8.2.6 GPIO 的配置.......................................................................................................................723
8.2.7 配置 axi_ data_fifo _0.........................................................................................................724
8.2.8 设置 S_AXIS 接口..............................................................................................................724
8.2.9 地址空间映射..................................................................................................................... 725
8.3 FPGA 的发送代码......................................................................................................................... 725
8.4 PS 部分 BSP 设置..........................................................................................................................727
8.4.1 SDK 工程 BSP 设置........................................................................................................... 727
8.4.2 lwip 函数库设置................................................................................................................. 727
8.5 PS 部分程序分析...........................................................................................................................729
8.5.1 main.c 分析..........................................................................................................................729
8.5.2 AXI DMA 数据传输过程...................................................................................................732
8.6 连接测试........................................................................................................................................736
S03_CH09_DMA_4_Video_Switch 视频切换系统................................................................................... 740
9.1 概述.................................................................................................................................................740
9.2 修改 OV_Sensor_ML 摄像头采集 IP...........................................................................................740
9.3 搭建硬件系统................................................................................................................................ 742
9.3.1 系统图................................................................................................................................. 742
9.3.2 OV_Sensor_ML IP 接线图................................................................................................. 743
9.3.3 vid_in IP 的接线图..............................................................................................................744
9.3.4 DMA 和 FIFO 通路........................................................................................................... 744
9.3.5 vid_out IP 的通路................................................................................................................745
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9.3.6 AXI HP 通道和 DMA 中断................................................................................................745
9.3.7 DMA IP 的设置...................................................................................................................746
9.3.8 时钟管理模块.................................................................................................................... 747
9.3.9VTC 图像时序发生模块.................................................................................................... 747
9.4 FPGA 四路输入以及图像切换源码分析.................................................................................... 747
9.4.1 按钮输入去抖代码............................................................................................................ 747
9.4.2 DMA 4 路视频输入的 FPGA 代码....................................................................................748
9.4.3 DMA 输出通道.................................................................................................................. 750
9.5 4 路视频切换 DMA C 处理源码分析.......................................................................................... 752
9.5.1 main.c 源码..........................................................................................................................752
9.5.2 dma_intr.h 源码................................................................................................................... 756
9.5.3 dma_intr.c 中断接收源码................................................................................................... 759
9.5.4 dma_intr.c 中断发送源码................................................................................................... 762
9.6 本章小结.........................................................................................................................................766
S03_CH10_DMA_4_Video_Stitch 视频拼接系统..................................................................................... 767
10.1 概述...............................................................................................................................................767
10.2 修改 OV_Sensor_ML 摄像头采集 IP.........................................................................................767
10.3 搭建硬件系统.............................................................................................................................. 769
10.3.1 系统图............................................................................................................................... 769
10.3.2 OV_Sensor_ML IP 接线图...............................................................................................769
10.3.3 vid_in IP 的接线图........................................................................................................... 771
10.3.4 DMA 和 FIFO 通路......................................................................................................... 771
10.3.5 vid_out IP 的通路..............................................................................................................772
10.3.6 AXI HP 通道和 DMA 中断..............................................................................................772
10.3.7 DMA IP 的设置.................................................................................................................773
10.3.7 时钟管理模块.................................................................................................................. 774
10.3.8 VTC 图像时序发生模块................................................................................................. 774
10.4 FPGA 四路输入以及图像拼接源码分析.................................................................................. 774
10.4.1 图像常量参数.................................................................................................................. 774
10.4.2 DMA 4 路视频输入的 FPGA 代码..................................................................................775
10.4.3 DMA 输出通道................................................................................................................ 777
10.5 4 路视频切换 DMA C 处理源码分析........................................................................................ 779
10.5.4.1 main.c 源码.....................................................................................................................779
10.5.4.2 dma_intr.h 源码.............................................................................................................. 784
10.5.4.3 dma_intr.c 中断接收源码.............................................................................................. 787
10.5.4.4 dma_intr.c 中断发送源码.............................................................................................. 790
10.6 测试结果.......................................................................................................................................794
S03_CH11_基于 TCP 的 QSPI Flash bin 文件网络烧写...........................................................................795
11.1 概述...............................................................................................................................................795
11.2 基本原理.......................................................................................................................................795
11.3 Bin 文件........................................................................................................................................795
11.4 QSPI Flash.................................................................................................................................... 796
11.5 驱动程序.......................................................................................................................................797
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11.5.1 建立 TCP Server................................................................................................................797
11.5.2 lwip 库设置....................................................................................................................... 797
11.5.3 程序解析............................................................................................................................798
11.5.4 接收保存 BOOT.bin 文件................................................................................................799
11.5.5 烧写 QSPI Flash................................................................................................................ 799
11.5.6 TCP 调试信息输出........................................................................................................... 800
11.6 网络调试助手操作方法.............................................................................................................. 800
11.6.1 发送 bin 文件.................................................................................................................... 800
11.6.7 发送启动 Flash 烧写命令.................................................................................................801
11.7 Bin 文件更新验证........................................................................................................................803
11.8 待改进之处...................................................................................................................................803
S03_CH12_基于 UDP 的 QSPI Flash bin 文件网络烧写..........................................................................804
12.1 概述...............................................................................................................................................804
12.2 基本原理.......................................................................................................................................804
12.2.1 Bin 文件.............................................................................................................................804
12.2.2 QSPI Flash.........................................................................................................................804
12.3 驱动程序.......................................................................................................................................804
12.3.1 main 函数.......................................................................................................................... 804
12.3.2 建立 UDP 连接......................................................................................................................... 805
12.3.3 lwip 库设置....................................................................................................................... 805
12.3.4 程序解析.......................................................................................................................... 806
12.3.5 接收保存 BOOT.bin 文件................................................................................................ 806
12.3.6 烧写 QSPI Flash................................................................................................................806
12.3.7 UDP 调试信息输出.......................................................................................................... 806
12.4 网络调试助手操作方法.............................................................................................................. 807
12.4.1 发送 bin 文件.................................................................................................................... 807
12.4.2 发送启动 Flash 烧写命令................................................................................................ 807
12.5 Bin 文件更新验证........................................................................................................................809
12.6 待改进之处.................................................................................................................................. 809
S03_CH13_ZYNQ A9 TCP UART 双核 AMP 例程..................................................................................810
13.1 概述...............................................................................................................................................810
13.2 基本原理.......................................................................................................................................810
13.2.1 软件中断........................................................................................................................... 810
13.2.2 共享内存通信................................................................................................................... 811
13.2.3 双核 BOOT........................................................................................................................811
13.3 驱动程序.......................................................................................................................................812
13.3.3 CORE0 工程......................................................................................................................812
13.4 CORE1 工程.................................................................................................................................814
13.4.1 main 函数.......................................................................................................................... 814
13.4.2 初始化软件中断............................................................................................................... 814
13.4.3 响应软件中断................................................................................................................... 814
13.4.4 共享内存数据读出........................................................................................................... 815
13.4.5 触发软件中断................................................................................................................... 815
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13.5 工程创建及设置关键步骤.......................................................................................................... 815
13.6 工程调试关键步骤...................................................................................................................... 817
13.7 网络调试助手操作方法.............................................................................................................. 817
13.8 生成 BOOT.bin.............................................................................................................................819
13.9 双核 BOOT 验证..........................................................................................................................820
第四季 LINUX 系统开发开发共计 16 课时.............................................................................................821
S04_CH01_搭建工程移植 LINUX/测试 EMMC/VGA.............................................................................822
1.1 概述:.............................................................................................................................................822
1.2 LINUX 开发环境搭建...................................................................................................................822
1.2.1 虚拟机环境配置(提供下载虚拟机已经完成).............................................................822
1.2.2 下载资源............................................................................................................................. 823
1.3 VIVADO 工程的搭建................................................................................................................... 823
1.3.1 VIVADO 硬件工程构架....................................................................................................823
1.3.2 时钟设置............................................................................................................................ 824
1.4 PS 设置........................................................................................................................................... 828
1.4.1 PS SDK 测试显示器输出...................................................................................................828
1.4.2 测试效果 缺图................................................................................................................... 830
1.4.3 新建 FSBL 工程.................................................................................................................830
1.4.4 产生设备树......................................................................................................................... 831
1.5 编译 u-boot、kernel、设备树和文件系统..................................................................................832
1.5.1 批处理文件......................................................................................................................... 832
1.5.2 修改设备树........................................................................................................................ 834
1.5.3 添加 framebuffer 驱动...................................................................................................... 836
1.5.4 执行 mk_kernel.sh 编译内核............................................................................................. 838
1.5.5 执行 mk_bootloader.sh 编译 uboot.................................................................................... 839
1.5.6 制作 UBOOT.BIN...............................................................................................................839
1.6 EMMC 8GB 内存测试(MIZ702 不支持)..................................................................................... 839
1.7 测试 framebuffer.......................................................................................................................... 841
S04_CH02_
工程移植 ubuntu 并一键制作启动盘
.................................................................................. 844
2.1 概述.................................................................................................................................................844
2.2 搭建硬件系统................................................................................................................................ 844
2.3 一键制作.........................................................................................................................................844
2.4 运行结果........................................................................................................................................845
S04_CH03_QSPI 烧写 LINUX 系统.......................................................................................................... 846
3.1 概述.................................................................................................................................................846
3.2 搭建硬件系统................................................................................................................................ 846
3.3 修改内核文件................................................................................................................................ 846
3.3 编译内核及 uboot.......................................................................................................................... 849
3.4 制作 qspi 镜像................................................................................................................................849
3.5 安装 screen..................................................................................................................................... 850
3.6 一件烧写 QSPI FLASH 1..............................................................................................................851
3.7 烧写 QSPI FLASH 2...................................................................................................................... 852
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